1924年12月生,湖北武漢人,1956年4月加入中國共產黨,1950年4月參加工作,1970年6月入伍。美國密執安大學研究生院物理系原子核物理專業研究生畢業,博士,研究員、教授,中國科學院院士,中國工程院院士。
是中國原子彈、氫彈科技攻關組織領導者之一。曾參與了中國原子彈和氫彈的試驗和研製,後又相繼組織實施了核電站籌建(如秦山核電站)、核燃料的生產以及放射性同位素應用等項目的研究開發計劃,並參與了「863計劃」的制定與實施。還參與了「中國工程院」的籌建工作。
1985年獲國家科技進步獎特等獎。1988年獲國家科學技術進步獎特等獎。曾獲何梁何利基金1996年度科學與技術成就獎。1999年,中共中央、國務院、中央軍委決定,授予他「兩彈一星功勳獎章」。
2004年12月,為表彰朱光亞對我國科技事業特別是原子能科技事業發展作出的傑出貢獻,國際小行星中心和國際小行星命名委員會批准將我國國家天文臺發現的、國際編號為10388號小行星正式命名為「朱光亞星」。